燃煤电厂石灰软化系统排泥的再利用

陶逢春 ，王成立，霍书浩

(1.国核电力规划设计研究院，北京 100094；2.河南省电力勘测设计院，河南 郑州 450007)

1 概述

由于水资源的匮乏，再生水及矿井排水已成为北方电厂的主要水源。石灰软化处理系统不产生废水二次污染环境、适应能力强，同时高纯度熟石灰粉的来源在国内已得到解决，使石灰软化系统在使用再生水、矿井排水或较高暂硬水源电厂的循环水处理中得以广泛应用。但石灰软化系统会产生大量排泥，通常处理这些排泥方法是先将这些排泥进行浓缩，再用脱水机将其脱水形成泥饼，由汽车外运至电厂贮灰场贮存。这样的处理方法，投资大，运行费高。如果能对这些排泥加以回收利用，就可达到废物再利用、减少初投资、降低运行费用和节能减排的目的，符合国家可持续发展的战略要求。

2 电厂石灰软化系统和脱硫系统使用的原料和药剂

2.1 石灰软化系统使用的药剂

(1)熟石灰粉[Ca(OH)2]，一般要求纯度≥85%。

(2)聚合铁，通常使用聚合铁含量为10%的液体。

2.2 燃煤电厂脱硫系统使用的脱硫剂

石灰石[CaCO3]或MgO的水溶液[Mg(OH)2]。一般要求纯度≥90%。

3 石灰软化系统排泥作为脱硫剂的可行性的分析

由于脱硫系统使用的原料为石灰石或氧化镁的水溶液[Mg(OH)2]，如果石灰软化系统的排泥主要成分与脱硫原料相同，且排泥中所含脱硫成分比例满足脱硫系统对脱硫剂纯度的要求，那么，将石灰软化系统的排泥用作电厂脱硫系统的脱硫剂，就是一种一劳永逸的处理石灰软化处理系统附属产物的有效方法，从而达到简化系统、节约投资、节能减排的目的。

3.1 排泥成分分析

石灰软化处理有两种控制方式，即氢氧根规范(加入过量的Ca(OH)2)和碳酸氢根规范，实践证明，石灰软化处理系统只有采用氢氧根规范，生成Mg(OH)2沉淀，才能保证澄清池出水是清澈的。所以，在电厂循环水的石灰软化过程中，一般均采用氢氧根规范，即向被澄清池中加入过量的Ca(OH)2，使澄清池的出水中含有约0.1～0.2mmol/L OH-，此时澄清池出水pH值约为10.3～10.5。采用氢氧根运行控制方式，可使出水中残余碱度降至0.5～1.0mmol/L。

在氢氧根规范的石灰软化处理过程中，加入的Ca(OH)2将与水中的CO2反应生成CaCO3沉淀；与碳酸盐硬度反应，生成CaCO3和Mg(OH)2沉淀；与永硬部分的镁反应生成Mg(OH)2沉淀；与加入的混凝剂(聚合铁)反应，生成Fe(OH)3沉淀，化学反应式如下：

由反应式可以看出，每除去原水中1份钙的暂硬将产生2份CaCO3沉淀，每除去1份镁的暂硬，将产生2份CaCO3和1份Mg(OH)2沉淀，每除去1份镁的永硬，将产生1份Mg(OH)2沉淀，同时所加的混凝剂聚合铁液将生成Fe(OH)3沉淀。考虑到原水中含有悬浮物及在软化过程中所加熟石灰中含有的杂质，所以，石灰软化系统的排泥主要成分如下：

(1)软化反应过程中生成的CaCO3。

(2)软化反应过程中生成的Mg(OH)2。

(3)熟石灰中含有的杂质，该杂质主要为未煅烧透彻的石灰石CaCO3。

(4)软化反应过程中生成的Fe(OH)3。

(5)原水带进来的悬浮物。

其中(1)、(2)、(3)项均为脱硫剂。

3.2 石灰软化系统排泥作为脱硫剂时对原水水质的要求

3.2.1 石灰软化系统熟石灰的加药量

根据石灰软化反应式可得：

式中：DSH为石灰用量(mmol/L)；DN为混凝剂加药量(mmol/L)；当原水中碱度小于[Ca2+]+DN时需要加上，当原水中碱度大于[Ca2+]+DN时不需要加上；α为过剩石灰量，一般取0.2mmol/L。

3.2.2 澄清池排泥量

根据石灰软化反应式及排泥组成可得：

简化为：

式中：DPN为排泥量(mg/L)；100{[CO2]+2[HCO3-]}为原水中的碱度与Ca(OH)2反应生成的CaCO3量，为脱硫剂；13.32DSH为投加纯度为85%的熟石灰所带进来的杂质(CaCO3)量(mg/L)，为脱硫剂；58[Mg2+]为原水中镁与Ca(OH)2反应生成的Mg(OH)2量，为脱硫剂；107DN为加入混凝剂聚合铁所生成的Fe(OH)3沉淀物量，一般情况下，聚合铁的加药量(以Fe3+计)为5～10mg/L，那么生成的Fe(OH)3约为9.6～19.11mg/L(采用19.11mg/L)；n为原水悬浮物含量(mg/L)。

由于水中[CO2]所占的碱度比例很小，那么：

3.2.3 排泥作为脱硫剂时对原水碱度的要求

由公式(7)可以得出排泥中脱硫剂的百分比含量(P)为：

由于电厂石灰石法脱硫所使用的脱硫剂要求纯度≥90%，所以要使石灰软化过程所产生的排泥可用作脱硫剂，公式(8)中的P值必须≥90%，即：

可得：

由公式(10)可以判断DSH＞{[CO2]+[HCO3-]}(原水中的总碱度)，那么由公式(10)可得并只要200[HCO3-]+13.32 [HCO3-]≥(172+9n)，排泥中P≥90%将可得到满足，亦即原水中的碱度要满足下式：

由式(11)可知，要使石灰处理系统的排泥符合脱硫剂标准要求，对原水中的碱度要求值将随原水中悬浮物含量的增加而增加。

当原水为再生水时，由于所采用的再生水水质至少符合GB18918-2002中的二级标准，所以公式(11)中n值可取30mg/L。那么只要再生水中[HCO3-]≥2.07mmol/L ，其石灰处理系统的排泥即可作为脱硫剂使用，考虑到再生水中含有一定量的Mg2+和CO2，再生水中的[HCO3-]可修正为＞2mmol/L。

3.3 结论

综上所述，石灰软化处理系统排泥中的主要成分为脱硫原料CaCO3和Mg(OH)2，当原水中的碱度和悬浮物含量满足公式(7)时，石灰软化处理所产生排泥中的脱硫剂含量将满足电厂脱硫系统对脱硫剂品质(≥90%)的要求，完全可以用作燃煤电厂的脱硫原料。对于利用再生水作为水源的电厂来说，只要再生水中的碱度＞2mmol/L，其石灰软化处理系统的排泥即可用作电厂湿法脱硫系统的脱硫剂。

4 排泥再利用的经济效益分析

当石灰软化系统排泥中不回收利用时，泥浆处理系统为排泥→浓缩池→脱水机→泥饼→汽车运至灰场贮存；而将排泥回收用作脱硫原料时，泥浆处理系统可简化为排泥→浓缩池→泥浆泵→脱硫系统的石灰石制浆系统。

下面为河南省某2×600MW机组(年利用小时数按5500h计)经改造使用该技术的经济效益和环境效益(系统已运行近4年)。

经济效益：可节省初投资约500万元(脱水机、加药系统、泥饼输送及贮存系统、建筑安装费用等)；减少运行费用(排渣脱水系统电费、药剂费、设备折旧费等、脱硫系统原料购置及运输费、电费、水费等、环保排放收费等)约260万元/年。

环境效益：少向自然环境排渣(含水率70%)约5.28万t/年、少利用自然环境中的石灰石约1.58万t/年、节约脱硫制浆系统用水约38.02万t/年，达到节能减排的目的。

5 应注意的问题

值得注意的是，实际运行经验证明，石灰软化系统使用的助凝剂(聚丙烯酰氨)会严重影响脱硫剂的脱硫效果，如果要使用石灰软化系统的排泥作为脱硫剂，那么在石灰软化处理过程中应慎用聚丙烯酰胺助凝剂。

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